Evaluasi Kinerja Model Komunikasi Data Wireless Sensor Network Non-Mobile dan Mobile Terdistribusi Fixed Hafsah Nirwana1), Muh.Tola2), N Harun3), M.Bakri M4), Zahir Zainuddin5), Muh.Ahyar6) 1) Mahasiswa Program Doktor Teknik Sipil, Universitas Hasanuddin 2,3,5) Dosen Jurusan Teknik Elektro Universitas Hasanuddin 8) Dosen Teknik Sipil Universitas Hasanuddin 1,6 ) DosenTeknik Elektro Politeknik Negeri Ujung Pandang 1) Email:
[email protected] 3) Email:
[email protected] 5) Email :
[email protected] 6)) Email :
[email protected]
Absrak─ Penelitian ini bertujuan untuk menghitung kinerja pengiriman data beberapa Wireless Sensor Network/WSN yang non-mobile dan mobile. WSN yang digunakan berbasis wifi-802.11b/g yang posisinya terdistribusi secara Fixed atau pola tertentu. Luas cakupan untuk jalur komunikasi data ini adalah berjarak 300m2, dan beberapa skenario yang dilakukan untuk pemodelan jalur antara cluster node dengan head node. Pemodelan ini menggunakan perangkat lunak Network Simulator versi 2 atau NS-2. Secara umum hasil yang diperoleh yaitu kualitas jaringan wsn yang non-mobile lebih baik dibanding yang mobile, baik untuk delay, Packet Delivery Ratio/PDR maupun Throughput. Jumlah node wsn yang optimal 30-70 node untuk non-mobile demikian pula untuk mobile. Kata kunci : WSN, Non-Mobile, Mobile, Delay, PDR, Throughput I. Pendahuluan Jaringan sensor nirkabel (Wireless Sensor Network/WSN) merupakan suatu sensor pintar (smart sensor ) yang mana masing-masing titik sensornya memiliki kemampuan untuk merasakan keadaan sekitarnya (sensing), serta memproses data yang diperoleh dan berkomunikasi, akan tetapi dikembangkan dalam skala yang besar serta dapat dihubungkan satu sama lain. Sehingga dapat melakukan suatu fungsi pengawasan (monitoring) secara terus menerus (real time) terhadap suatu lingkungan yang akan di sensing oleh jaringan sensor nirkabel tersebut secara kolektif. Jaringan sensor nirkabel merupakan generasi baru dari sistem sensor (sensory system), walaupun masih terbatas Prosiding Seminar Forum Pendidikan Tinggi Teknik Elektro Indonesia 2014
ISBN: 978-602-9056-70-9
pada kemampuan proses data dan terbatasnya pula bandwidth untuk melakukan komunikasi (George A, 2009 dan Zheng J, 2009). Jaringan Sensor Nirkabel (JSN) atau lebih sering disebut WSN adalah suatu sistem terpadu yang terdiri dari sekelompok node modul sensor yang terdistribusi dan terhubung secara nirkabel pada suatu topologi jaringan dan berfungsi untuk mengekstrak berbagai informasi untuk diolah sesuai bidang aplikasinya. Salah satu contohnya dapat memonitoring pergerakan gerakan tanah secara kontinu dan realtime. Node sensor sebagai pembangun jaringan terdiri dari 4 bagian utama, yaitu sensor untuk mendeteksi dan mengukur parameter-parameter aplikatif, proses pengolah data menjadi informasi, transceiver sebagai media pengiriman data, dan manajemen daya untuk menjamin keseluruhan sistem dapat berjalan dengan optimal. Penyebaran node-node sensor tersebut ditempatkan pada lokasi yang akan ditinjau atau dipantau. Penelitian ini diaplikasikan untuk kondisi pergerakan tanah di daerah rawan longsor. Data yang diperoleh dari beberapa node sensor tersebut akan mengirim data ke node head sebagai pengumpul data.
Gambar 1. Sistem Jaringan Sensor Nirkabel (E.D.Wardhani 2012)
Permasalahan dari penelitian ini adalah bagaimana penempatan penyebaran wsn atau titik-titik node yang diatur berdasarkan cluster node dengan pola tertentu atau Fixed. Dimana kondisi node-node sensor tersebut dikondisikan non-mobile dan mobile. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui kinerja jaringan wireless sensor node dari kedua kondisi tersebut. Parameter kinerja yang di evaluasi adalah Delay, Packet delivery Ratio dan Throughput. II. Metode Penelitian Untuk pemodelan jalur komunikasi data dari cluster node ke head node menggunakan teknologi 802.11 b/g dan letak head cluster berada di tengah diantara cluster node dengan bentuk tolopologi tipe ad hoc di mana salah satu node akan ditunjuk sebagai proksi untuk melakukan koordinasi antarnode dalam sebuah grup. Konsep pemodelan jalur Komunikasi data tersebut terdiri dari tiga titik simpul yaitu : a. Titik simpul data longsor WSN ; pada lokasi ini terpasang beberapa wireless sensor node yang dibagi beberapa cluster node. b. Titik simpul Head node ; titik ini berfungsi sebagai pusat data longsor yang berasal beberapa cluster node. c. Titik simpul central monitoring ; yaitu tempat dimana menjadi pusat monitoring sistem informasi. wsn 3 wsn 2 wsn 1
wsn 6
dengan head node. Penyebaran titik-titik wsn diletakkan dengan pola tertentu (fixed) dalam satu cluster. Dari setiap skenario akan dianalisa untuk menghitung unjuk kerja atau performansinya masing-masing skenario. Parameter yang di ukur adalah Throughput, Packet Loss dan Delay Packet. Setelah melakukan analisa terhadap semua skenario maka di peroleh suatu hasil yang paling cocok dan andal digunakan pada sistem informasi bencana longsor. Pemodelan ini akan disimulasi dengan menggunakan perangkat lunak NS-2. Adapun skenario tersebut sebagai berikut : a. Skenario F1 : 3 node wsn/cluster b. Skenario F2 : 5 node wsn/cluster c. Skenario F3 : 7 node wsn/cluster d. Skenario F4 : 10 node wsn/cluster Setiap skenario dilakukan percobaan berbagai jumlah cluster yaitu 2,3,4,5,6,7,8,9 hingga 10 cluster, sehingga jumlah node yang paling sedikit yaitu 6 wsn dan yang terbanyak 100 wsn. Perlakuan kondisi wsn-nya non-mobile dan mobile ( kondisi wsnnya tidak bergerak dan kondisi wsn yang bergerak). Simulasi pergerakan sensor hanya berdimensi 2 saja, yaitu sumbu x dan sumbu y saja. Hal ini karena NS-2 tidak mendukung untuk pergerakan 3 dimensi. Jadi pada penelitian dianggap atau dibatasi bahwa tidak terjadi pergerakan pada sumbu z. Adapun model kondisi tanah di visualisasikan seperti gambar 3 di bawah ini.
Alarm lokal 1 wsn 4 wsn 5
wsn 9 wsn 8
5
wsn 10
wsn 7
10
Cluster - 1
7
Alarm lokal 2 wsn 3 wsn 2 wsn 1
wsn 5
wsn 6 wsn 4
3
Cluster node ke 1
Sensor node
wsn 7 wsn 8
Alarm Terpusat
9
wsn 10
wsn 9
Cluster node ke 2
Head Node
4
Sensor node Modem Bank
Cluster - 2
8
Wireless jarak pendek
wsn 7 wsn 8 wsn 10
wsn 9
Alarm lokal 3 wsn 6 wsn 5
Modem wireless Jarak Jauh
6
wsn 4 wsn 3
wsn 1
wsn 2
Cluster node ke 3
Sensor node Cluster - 3
a.
Skenario non-mobile
: : : : : : : :
5 Alarm lokal n
wsn 9 wsn 8 wsn 10
wsn 7
wsn 4 wsn 3
wsn 5 wsn 1
1
2
Central monitoring
wsn 6
wsn 2
7
Cluster node ke-n
Sensor node Cluster - n
Gambar 2. Model Jalur Komunikasi Data WSN Multi Node (Hafsah N, 2013)
3
10 9 8
1
2
5
4 6
7
9 8
Ada beberapa skenario yang dilakukan untuk pemodelan jalur antara cluster node Prosiding Seminar Forum Pendidikan Tinggi Teknik Elektro Indonesia 2014
ISBN: 978-602-9056-70-9
3
10
b. Skenario mobile
1
2 4 6
Gambar 3. Model visualisasi kondisi WSN III. Hasil dan Pembahasan Setelah melakukan simulasi dengan NS-2 maka salah satu hasil ouput berupa file Namtrace yang digunakan sebagai input tampilan grafis simulasi yang disebut Network Animator (nam). Hasilnya berupa bentuk kondisi peletakkan wsn di lokasi rawan longsor. Di bawah ini adalah salah satu bentuk output namtrace dari skenario posisi fixed untuk 10 cluster dan 10 node/cluster, yaitu skenario F4.
Gambar 5. PDR wsn non-mobile
Gambar 4. Kondisi wsn Fixed Ada beberapa hasil pengujian yang di peroleh pada percobaan ini. Adapun parameter kinerja yang diukur adalah Packet Delivery Ratio (dalam %), Troughput (dalam bps) dan Delay (dalam detik). Untuk setiap tabel hasil pengukuran terdiri dari ke tiga parameter tersebut dengan membandingkan hasilnya dengan banyaknya jumlah wsn atau sensor node (multi node). Tabel hasil percobaan seperti pada tabel 1. a. Hasil pengukuran kinerja ‘Packet Deliveri Ratio’ Packet delivery ratio atau PDR merupakan perbandingan banyaknya jumlah paket yang diterima oleh node penerima dengan total paket yang dikirimkan dalam suatu periode waktu tertentu. Atau bisa juga dihitung dengan cara mengurangi jumlah paket keseluruhan yang dikirim dengan paket yang loss atau hilang. Secara matematis packet delivery ratio dapat dicari dengan persamaan berikut : PDR (%)= (Σ Paket diterima/Σ Paket dikirim) x 100 %
Prosiding Seminar Forum Pendidikan Tinggi Teknik Elektro Indonesia 2014
ISBN: 978-602-9056-70-9
Gambar 6. PDR wsn mobile Secara umum proses pengiriman data untuk wsn non-mobile dan mobile relatif hampir sama nilai PDR. Hasil yang diperoleh PDR mobile sedikit lebih baik dibandingkan non-mobile. Kondisi paling rendah PDR untuk wsn non-mobile yaitu pada skenario 10 node/cluster, dimana jumlah cluster ada 10 berarti jumlah seluruh wsn sebanyak 70 node, hasilnya 77,89%. Sedang pada skenario yang sama wsn mobile PDR-nya 84,04%. Semakin banyak jumlah wsn PDR semakin menurun berarti kualitas jaringan semakin tidak baik, baik untuk nonmobile maupun mobile. b. Hasil pengukuran kinerja ‘Throughput’ Throughput (dalam bps), adalah kecepatan (rate) transfer data efektif, yang diukur dalam bps. Troughput merupakan jumlah total
kedatangan paket yang sukses yang diamati pada destination selama interval waktu tertentu dibagi oleh durasi interval waktu tersebut. Berikut adalah perhitungan rumus dalam mencari nilai throughput :
yaitu 59,18 bps wsn non-mobile dan 63,55 bps untuk wsn mobile. c. Hasil pengukuran kinerja ‘Delay’ Delay (satuan detik), didefinisikan sebagai waktu yang dibutuhkan data untuk menempuh jarak dari asal ke tujuan. Delay dapat dipengaruhi oleh jarak, media fisik, kongesti atau juga waktu proses yang lama.
Gambar 7. Throughput WSN non-mobile
Gambar 9. Delay WSN non-mobile
Gambar 10. Delay WSN mobile Gambar 8. Throughput WSN mobile Throughput jaringan wsn non-mobile dan mobile nilainya relatif hampir sama. Kecenderungannya juga semakin banyak jumlah node wsn maka nilai throughputnya semakin besar, hal ini karena semakin banyak data yang terkirim karena bertambahnya jumlah node. Jika dibandingkan kinerja dari semua skenario, nilai throughput yang paling besar yaitu skenario F4 untuk 10 cluster Prosiding Seminar Forum Pendidikan Tinggi Teknik Elektro Indonesia 2014
ISBN: 978-602-9056-70-9
Secara umum semakin banyak jumlah node wsn semakin lama proses pengiriman datanya, baik untuk wsn non-mobile maupun mobile. Hingga skenario F3 baik non-mobile maupun mobile, untuk semua ujicoba (2–10 cluster) delaynya tidak ada di atas 100 ms. Penempatan wsn yang banyak cluster (berkelompok) delaynya lebih cepat dibandingkan jumlah cluster yang lebih
kecil tetapi jumlah keseluruhan sama.
wsn
secara
IV. Kesimpulan 1. Untuk luas cakupan yang 300 m2 jumlah node wsn non-mobile yang paling optimal skenario F3 yaitu 30 sampai 70 node, sedangkan untuk wsn mobile hinggs 90 node. 2. QoS Jaringan WSN dari kedua model non-mobile dan mobile reltif hampir sama. 3. Untuk posisi penempatan node-node wsn mempengaruhi kinerja jaringan, utamanya ‘Delay’, kalau PDR dan Throughput relatif tidak berpengaruh. Jumlah wsn yang sedikit dalam satu cluster lebih cepat jika dibandingkan jumlah wsn yang banyak dalam satu cluster (dalam hal ini untuk jumlah wsn yang sama). V. Daftar Pustaka
1. Abdul, Haris JO; Wirawan, 2009, Jaringan Sensor Nirkabel Arsitektutr Titik Tunggal sebagai Wahana Penerapan Sistem Kendali Tersebar, Institut Sepuluh November, Surabaya. 2. Ata Elahi, Adam Gschwender, 2010, Zigbee Wireless Sensor and Control Network, Prentice Hall, Canada. 3. Eni Dwi Wardihani, Wirawan, 2012, Analisa Kinerja Sistem Deteksi Terdistribusi Pada Jaringan Sensor Nirkabel, Institutut Teknologi Surabaya, ITS, Indonesia 4. George Aggelou, 2009, Wireless Mesh Networking, with 802.11, 802.12 and Zegbee, McGraw-Hill Communication, New York USA. 5. Liu FC Y, Yu Chengho, 2009, An Improved Design of Zigbee Wireless sensor Network, Beijing China. 6. Manesha, Dr. Vinodini Rhames, 2008, Wireless Sensor Network for Disaster Monitoring, India 7. Sri Astuti, 2011, Teknologi Zigbee pada teknologi Wireless Sensor Network. 8. Wirawan Andi Bayu, Eka Indarto, Mudah membangun simulasi dengan Network simulator-2, Penerbit Andi, Yogyakarta, 2004.
Tabel 1: Hasil Pengukuran Kinerja WSN Non-Mobile dan Mobile
Prosiding Seminar Forum Pendidikan Tinggi Teknik Elektro Indonesia 2014
ISBN: 978-602-9056-70-9
